(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ個（ただし、Ｎは２以上の整数）のサブキャリアを持つ光直交周波数分割多重信号を分離するための光直交周波数分割多重信号分離回路であって、
前記光直交周波数分割多重信号分離回路は、導波路基板上の、入力導波路と、該入力導波路に接続される光スプリッタと、該光スプリッタに接続される遅延線導波路と、該遅延線導波路に接続されるスラブ型スターカプラと、該スラブ型スターカプラに接続される出力導波路とから構成され、
入力光をＮ分岐する前記光スプリッタのＮ個の出力と、導波路長差が順次ΔＬ＝ｃＴ／Ｎ（ただし、ｃは導波路中の光速であり、Ｔは各サブキャリアのビット時間間隔）異なるＮ本の前記遅延線導波路の一端とがそれぞれ接続され、
前記Ｎ本の遅延線導波路の他端と、Ｎ入力Ｎ出力の前記スラブ型スターカプラのＮ個の入力とが接続され、
前記スラブ型スターカプラのＮ個の出力からＮ個のサブキャリア信号が分離、出力され、
前記Ｎ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラにおいて、前記遅延線導波路のうち最長の導波路と接続される前記スラブ型スターカプラの入力の番号ｎiを１、前記遅延線導波路のうち最短の導波路と接続される前記スラブ型スターカプラの入力の番号ｎiをＮとし、前記スラブ型スターカプラの出力の番号ｎOを入力の番号とは逆順に付与し（ただし、ｎi、ｎoは整数）、入力側スラブ面の中心をＯ1、出力側スラブ面の中心をＯ2とした場合、
中心位置入出力（（Ｎ＋１）／２）間の位相を基準とした入出力間の相対位相φno-niが、φno-ni＝（２π／Ｎ）｛ｎi−（Ｎ＋１）／２｝｛ｎo−（Ｎ＋１）／２｝となるように構造パラメータが設定されており、
前記スラブ型スターカプラのＫ番目の入力に接続される前記導波路にξk＝（Ｋ−１）（Ｎ＋１−２Ｑ）π／Ｎの位相オフセット（１≦Ｑ≦Ｎ）が付与されており、
前記スラブ型スターカプラのＱ番目の出力から最低周波数のチャネル０のサブキャリア信号が出力されることを特徴とする光直交周波数分割多重信号分離回路。
【請求項２】
Ｎ個（ただし、Ｎは２以上の整数）のサブキャリアを持つ光直交周波数分割多重信号を分離するための光直交周波数分割多重信号分離回路であって、
前記光直交周波数分割多重信号分離回路は、導波路基板上の、入力導波路と、該入力導波路に接続される光スプリッタと、該光スプリッタに接続される遅延線導波路と、該遅延線導波路に接続されるスラブ型スターカプラと、該スラブ型スターカプラに接続される出力導波路とから構成され、
入力光をＮ分岐する前記光スプリッタのＮ個の出力と、導波路長差が順次ΔＬ＝ｃＴ／Ｎ（ただし、ｃは導波路中の光速であり、Ｔは各サブキャリアのビット時間間隔）異なるＮ本の前記遅延線導波路の一端とがそれぞれ接続され、
前記Ｎ本の遅延線導波路の他端と、Ｎ入力Ｎ出力の前記スラブ型スターカプラのＮ個の入力とが接続され、
前記スラブ型スターカプラのＮ個の出力からＮ個のサブキャリア信号が分離、出力され、
前記Ｎ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラにおいて、前記遅延線導波路のうち最長の導波路と接続される前記スラブ型スターカプラの入力の番号ｎiを１、前記遅延線導波路のうち最短の導波路と接続される前記スラブ型スターカプラの入力の番号ｎiをＮとし、前記スラブ型スターカプラの出力の番号ｎOを入力の番号とは逆順に付与し（ただし、ｎi、ｎoは整数）、入力側スラブ面の中心をＯ1、出力側スラブ面の中心をＯ2とした場合、
中心位置入出力（（Ｎ＋１）／２）間の位相を基準とした入出力間の相対位相φno-niが、φno-ni＝（２π／Ｎ）｛ｎi−（Ｎ＋１）／２｝｛ｎo−（Ｎ＋１）／２｝となるように構造パラメータが設定されたことを特徴とする光直交周波数分割多重信号分離回路。
【請求項３】
前記光スプリッタは、２0、２1、・・・、２S個（ただし、Ｓはｌｏｇ2Ｎ−１以上で最小の整数）ずつ並列配置したＹ分岐導波路を順次縦続接続し、右端の２S+1個の導波路のうちＮ個の導波路を出力とするものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光直交周波数分割多重信号分離回路。
【請求項４】
前記光スプリッタは、２0、２1、・・・、２S個（ただし、Ｓはｌｏｇ2Ｎ−１以上で最小の整数）ずつ並列配置した２入力２出力方向性結合器を順次縦続接続し、右端の２S+1個の導波路のうちＮ個の導波路を出力とするものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光直交周波数分割多重信号分離回路。
【請求項５】
前記光スプリッタは、Ｎ出力の多モード干渉型カプラであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光直交周波数分割多重信号分離回路。
【請求項６】
前記光スプリッタは、第２のＮ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光直交周波数分割多重信号分離回路。
【請求項７】
出力される前記サブキャリア信号の各々において、回路への入力信号中同一の時間長Ｔのタイムスロットから生成され時間的に重なった時間長Ｔ／Ｎの部分のみを時間Ｔ毎に周期的に取り出すＮ個の時間ゲート素子が、前記出力導波路に接続されることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の光直交周波数分割多重信号分離回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光直交周波数分割多重信号分離回路に関し、具体的には、光直交周波数分割多重（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：Ｏｐｔｉｃａｌ  ＯＦＤＭ、光ＯＦＤＭ）伝送用の多重信号分離回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの帯域利用効率を向上させる手段として、光直交周波数分割多重伝送システムの研究開発が行われている。チャネル間を直交状態とし、多値ではない通常のＩＭ−ＤＤ（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ−Ｄｉｒｅｃｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）バイナリ伝送（強度０、１のみをデータ信号として用いる伝送）の場合でも、通常の波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）伝送とは異なり、帯域利用効率ＢＥ＝１を実現可能である。帯域利用効率ＢＥは、チャネル間隔がΔｆ（Ｈｚ）、各チャネルのビットレートがＢＲ（ｂｉｔ／ｓ）の場合、ＢＲ／Δｆで定義される。
【０００３】
図１に従来のＷＤＭシステムの構成図を示す（非特許文献１を参照）。等周波数間隔Δｆに配置された複数の光送信器１‐１、１‐２、・・・、１‐Ｊ（ただし、Ｊは２以上の整数）からの各データ信号を、アレイ導波路格子（Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ：ＡＷＧ）などの波長合波器２を用いて合波する。合波された信号は、光ファイバ３を介して伝送された後、ＡＷＧなどの波長分波器４により周波数毎に分波され、各光受信器５‐１、５‐２、・・・、５‐Ｊで受信される。
【０００４】
光直交周波数分割多重伝送においては、多重信号を光領域で直接高速に分離するために、光離散フーリエ変換（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：光ＤＦＴ）あるいは光高速フーリエ変換（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：光ＦＦＴ）を実行可能な光素子が構成要素として必須である。
【０００５】
図１１Ａに４入力４出力の光ＦＦＴ回路の構成例を示す（非特許文献２を参照）。斯かる光ＦＦＴ回路は、入力導波路７１、対称マッハツェンダ型干渉計７２、位相調節部７３、出力導波路７４から構成されている。
【０００６】
また一般に、２Ｕ入力２Ｕ出力（ただし、Ｕ＝２Tであり、Ｔは１以上の整数である）の光ＦＦＴ回路は、Ｕ入力Ｕ出力の光ＦＦＴ回路を２個組み合わせて、図１１Ｂのように構成される。斯かる光ＦＦＴ回路は、入力導波路７５、Ｕ入力Ｕ出力光ＦＦＴ回路７６、Ｕ入力Ｕ出力光ＦＦＴ回路の出力導波路７７、対称マッハツェンダ型干渉計７８、出力導波路７９から構成されている。なお、図１１Ｂにおいて、位相調節部は省略した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ａ．Ｒ．Ｃｈｒａｐｌｙｖｙ  ａｎｄ  Ｒ．Ｗ．Ｔｋａｃｈ，“Ｔｅｒａｂｉｔ／ｓｅｃｏｎｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，”ＩＥＥＥＪ．Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，ｖｏｌ．３４，ｎｏ．１１，ｐｐ．２１０３−２１０７，１９９８．
【非特許文献２】Ｋ．Ｔａｋｉｇｕｃｈｉ，Ｍ．Ｏｇｕｍａ，Ｈ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ，ａｎｄ  Ａ．Ｍｏｒｉ，“Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ−ｏｐｔｉｃ  ｅｉｇｈｔ−ｃｈａｎｎｅｌ  ＯＦＤＭ  ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ  ａｎｄ  ｉｔｓ  ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  １６０  Ｇｂｉｔ／ｓ  ｓｉｇｎａｌ  ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．４６，ｎｏ．８，ｐｐ．５７５−５７６，２０１０．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
対称マッハツェンダ型干渉計を主要構成要素とするＵ入力Ｕ出力光ＦＦＴ回路においては、入出力チャネル数が２の整数のべき乗個に限定される。また、構成に必要な対称マッハツェンダ型干渉計数は、（Ｕ／２）ｌｏｇ2Ｕ個となる。従って、Ｕの増加に伴い必要となる対称マッハツェンダ型干渉計の数の増加は著しく、光回路サイズの増大や調整箇所数が増加するという課題があった。
【０００９】
本発明は、上記の従来技術に鑑みて成されたものであり、光離散フーリエ変換をスラブ型スターカプラで主に実現することにより、チャネル数Ｕが２の整数のべき乗個である必要はなく、チャネル数Ｕが増加しても光回路サイズを小型に保つことが可能な光直交周波数分割多重信号の分離回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、Ｎ個（ただし、Ｎは２以上の整数）のサブキャリアを持つ光直交周波数分割多重信号を分離するための光直交周波数分割多重信号分離回路であって、光直交周波数分割多重信号分離回路は、導波路基板上の、入力導波路と、入力導波路に接続される光スプリッタと、光スプリッタに接続される遅延線導波路と、遅延線導波路に接続されるスラブ型スターカプラと、スラブ型スターカプラに接続される出力導波路とから構成され、入力光をＮ分岐する光スプリッタのＮ個の出力と、導波路長差が順次ΔＬ＝ｃＴ／Ｎ（ただし、ｃは導波路中の光速であり、Ｔは各サブキャリアのビット時間間隔）異なるＮ本の遅延線導波路の一端とがそれぞれ接続され、Ｎ本の遅延線導波路の他端と、Ｎ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラのＮ個の入力とが接続され、スラブ型スターカプラのＮ個の出力からＮ個のサブキャリア信号が分離、出力され、Ｎ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラにおいて、遅延線導波路のうち最長の導波路と接続されるスラブ型スターカプラの入力の番号ｎiを１、遅延線導波路のうち最短の導波路と接続されるスラブ型スターカプラの入力の番号ｎiをＮとし、スラブ型スターカプラの出力の番号ｎOを入力の番号とは逆順に付与し（ただし、ｎi、ｎoは整数）、入力側スラブ面の中心をＯ1、出力側スラブ面の中心をＯ2とした場合、中心位置入出力（（Ｎ＋１）／２）間の位相を基準とした入出力間の相対位相φno-niが、φno-ni＝（２π／Ｎ）｛ｎi−（Ｎ＋１）／２｝｛ｎo−（Ｎ＋１）／２｝となるように構造パラメータが設定されており、スラブ型スターカプラのＫ番目の入力に接続される導波路にξk＝（Ｋ−１）（Ｎ＋１−２Ｑ）π／Ｎの位相オフセット（１≦Ｑ≦Ｎ）が付与されており、スラブ型スターカプラのＱ番目の出力から最低周波数のチャネル０のサブキャリア信号が出力されることを特徴とする（請求項１）。
本発明は、Ｎ個（ただし、Ｎは２以上の整数）のサブキャリアを持つ光直交周波数分割多重信号を分離するための光直交周波数分割多重信号分離回路であって、光直交周波数分割多重信号分離回路は、導波路基板上の、入力導波路と、入力導波路に接続される光スプリッタと、光スプリッタに接続される遅延線導波路と、遅延線導波路に接続されるスラブ型スターカプラと、スラブ型スターカプラに接続される出力導波路とから構成され、入力光をＮ分岐する光スプリッタのＮ個の出力と、導波路長差が順次ΔＬ＝ｃＴ／Ｎ（ただし、ｃは導波路中の光速であり、Ｔは各サブキャリアのビット時間間隔）異なるＮ本の遅延線導波路の一端とがそれぞれ接続され、Ｎ本の遅延線導波路の他端と、Ｎ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラのＮ個の入力とが接続され、スラブ型スターカプラのＮ個の出力からＮ個のサブキャリア信号が分離、出力され、Ｎ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラにおいて、遅延線導波路のうち最長の導波路と接続されるスラブ型スターカプラの入力の番号ｎiを１、遅延線導波路のうち最短の導波路と接続されるスラブ型スターカプラの入力の番号ｎiをＮとし、スラブ型スターカプラの出力の番号ｎOを入力の番号とは逆順に付与し（ただし、ｎi、ｎoは整数）、入力側スラブ面の中心をＯ1、出力側スラブ面の中心をＯ2とした場合、中心位置入出力（（Ｎ＋１）／２）間の位相を基準とした入出力間の相対位相φno-niが、φno-ni＝（２π／Ｎ）｛ｎi−（Ｎ＋１）／２｝｛ｎo−（Ｎ＋１）／２｝となるように構造パラメータが設定されたことを特徴とする（請求項２）。
【００１１】
本発明の請求項１又は２の一実施形態において、光スプリッタは、２0、２1、・・・、２S個（ただし、Ｓはｌｏｇ2Ｎ−１以上で最小の整数）ずつ並列配置したＹ分岐導波路を順次縦続接続し、右端の２S+1個の導波路のうちＮ個の導波路を出力とするものであることを特徴とする（請求項３）。
【００１２】
本発明の請求項１又は２の一実施形態において、光スプリッタは、２0、２1、・・・、２S個（ただし、Ｓはｌｏｇ2Ｎ−１以上で最小の整数）ずつ並列配置した２入力２出力方向性結合器を順次縦続接続し、右端の２S+1個の導波路のうちＮ個の導波路を出力とするものであることを特徴とする（請求項４）。
【００１３】
本発明の請求項１又は２の一実施形態において、光スプリッタは、Ｎ出力の多モード干渉型カプラであることを特徴とする（請求項５）。
【００１４】
本発明の請求項１又は２の一実施形態において、光スプリッタは、第２のＮ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラであることを特徴とする（請求項６）。
【００１７】
本発明の請求項１乃至６の一実施形態において、出力されるサブキャリア信号の各々において、回路への入力信号中同一の時間長Ｔのタイムスロットから生成され時間的に重なった時間長Ｔ／Ｎの部分のみを時間Ｔ毎に周期的に取り出すＮ個の時間ゲート素子が、出力導波路に接続されることを特徴とする（請求項７）。
【発明の効果】
【００１８】
本発明においては、光離散フーリエ変換をスラブ型スターカプラで主に実現する。これにより、任意のチャネル数で動作し、チャネル数が増加しても光回路サイズを小型に保つことが可能な光直交周波数分割多重信号の分離回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の波長分割多重伝送システムの構成を示す図である。
【図２】光直交周波数分割多重伝送システムの構成例を示す図である。
【図３】光直交周波数分割多重伝送信号のスペクトル形状を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る光直交周波数分割多重信号分離回路を示す図である。
【図５】スラブ型スターカプラの構成を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る光直交周波数分割多重信号分離回路における光パルスの様子を示す図である。
【図７】光スプリッタの構成を示す図である。
【図８】光スプリッタの構成を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る光直交周波数分割多重信号分離回路を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態の光直交周波数分割多重信号分離回路の周波数特性を示す図である。
【図１１】従来の光ＦＦＴ回路の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
光直交周波数分割多重伝送においては、多重信号を光領域で直接高速に分離するために、光離散フーリエ変換を実行可能な光素子が構成要素として必須である。
【００２１】
Ｎ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラは、構成パラメータを適切に設定することにより、入力からのＮ個の信号を光離散フーリエ変換したＮ個の信号を異なる位置に出力することができる。従って、Ｎ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラを使用すれば、Ｎ×Ｎの光離散フーリエ変換を１個の素子で実現することができるため、光スプリッタ、導波路アレイなどの構成要素を付加することによって光直交周波数分割多重信号を分離出力できる光回路を実現することができる。
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
まず、光直交周波数分割多重伝送の概要を説明する。
【００２４】
図２に、光直交周波数分割多重伝送システムの構成図を示す。基準搬送波光周波数をｆ0、第ｎチャネルと第ｎ＋１チャネルとの間の光周波数間隔をΔｆn（ただし、ｎ＝０、１、・・・、Ｎ‐１であり、Ｎは２以上の整数である）、各サブキャリアのビット時間間隔をＴ、各サブキャリア用のデータ信号をｄn（ｔ）（ただし、ｔは時間である）と定義する。なお、Δｆn＝ｋn／Ｔ（ただし、ｋnは１以上の整数である）である。送信側では、Ｎ個の光源１０‐０、１０‐１、・・・、１０‐（Ｎ−１）からの光をｄn（ｔ）で駆動された変調器１１‐０、１１‐１、・・・、１１‐（Ｎ−１）を用いて変調している。ｄn（ｔ）間の同期を保ちながら、光強度合流器１２を用いて光送信側の各光信号を合流した光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）は、以下の（式１）で表される。
【００２５】
【数１】
0005400004.tif 000002
【００２６】
ただし、ｊは虚数単位であり、Δｆ-1＝０、である。各サブキャリアの変調信号Ｓn（ｔ）は、
【００２７】
【数２】
0005400004.tif 000003
【００２８】
と表され、隣接するサブキャリアである、Ｓn（ｔ）とＳn+1（ｔ）との間の相互相関関数Ｅ［Ｓn（ｔ）Ｓn+1（ｔ）］は、
【００２９】
【数３】
0005400004.tif 000004
【００３０】
となるため、隣接するサブキャリア同士は直交していることがわかる。全てのｎに対してｋn＝１の場合、隣接チャネルが直交する最小の周波数間隔が得られ、帯域利用効率ＢＥ＝１を実現することができる。このときの各サブキャリアのスペクトル形状を図３に示す（Ｎ＝５の場合）。ある１つのサブキャリアの周波数成分は、他のサブキャリアの中心周波数の位置では０となり、影響を及ぼさない。以下の実施形態の説明においては、簡単のため、ｋn＝１の場合の議論を進める。この場合、Ｓ（ｇΔｔ）の複素包絡線は以下の（式３）で表される。
【００３１】
【数４】
0005400004.tif 000005
【００３２】
ただし、ｇ＝０、１、・・・、Ｎ−１であり、Δｔ＝Ｔ／Ｎである。従ってＳは、ｄnの逆離散フーリエ変換（Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＩＤＦＴ）となる。光信号Ｓは光ファイバ１３を通過し、光離散フーリエ変換素子１４を通過した後、元のｄnに復調され、各光受信器１５‐０、１５‐１、・・・、１５‐（Ｎ−１）に入射される。光離散フーリエ変換素子１４では、以下の（式４）で表される処理が行われる。
【００３３】
【数５】
0005400004.tif 000006
【００３４】
（式３）及び（式４）は、ｋn≧１となる場合でも対応する離散変換の式が存在するので、ｋn＝１の場合と同様な議論ができることに留意されたい。
【００３５】
ｄnが２値信号、ｋn＝１の場合、光直交周波数分割多重を用いることによって、各サブキャリアのビットレートは１／Ｔで、総計Ｎ／Ｔのビットレートを実現することができる。すなわちサブキャリア毎に、タイムスロットＴ毎の低速での処理を行えばよい。時間分割多重（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＴＤＭ）方式においてビットレートＮ／Ｔを実現する場合、短光パルスを用いた時間多重分離処理（タイムスロットＴ／Ｎ毎の高速時間多重分離処理）が必要となり、処理装置の負担が大きくなる。また光ファイバ伝送路における波長分散による波形劣化の影響はビットレートの２乗に比例して大きくなり、偏波分散による波形劣化の影響はビットレートの１乗に比例して大きくなる。従って、光直交周波数分割多重信号は、総ビットレートが等しい時間分割多重信号よりも、波長分散の影響は１／Ｎ2小さくなり、偏波分散の影響は１／Ｎ小さくなる。
【００３６】
図４に、本発明の第１の実施形態に係る光直交周波数分割多重信号分離回路の構成例を示す。本実施形態に係る光直交周波数分割多重信号分離回路は、導波路基板２７上の、入力導波路（光スプリッタ２１の入力ポート）２０、光スプリッタ２１、導波路（光スプリッタ２１の出力ポート）２２‐Ｎ、・・・、２２‐Ｋ、・・・、２２‐１（ただし、Ｎは２以上の整数）、遅延線２３‐Ｎ、・・・、２３‐Ｋ、・・・、２３‐１、位相オフセット付与部２４‐Ｎ、・・・、２４‐Ｋ、・・・、２４‐１、スラブ型スターカプラ２５、出力導波路（スラブ型スターカプラ２５の出力ポート）２６‐１、・・・、２６‐Ｎから構成されている。
【００３７】
光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）から各サブキャリア信号ｄn（ｔ）を復調する際、（式４）で示す光離散フーリエ変換が必要となる。簡単のためＮ＝４の場合を考えると、（式４）は以下の（式５）で表される。
【００３８】
【数６】
0005400004.tif 000007
【００３９】
ただし、
【００４０】
【数７】
0005400004.tif 000008
【００４１】
である。
【００４２】
図４の光回路構成を用いることによって、（式５）の位相関係を実現できることを以下に示す。
【００４３】
まず、図５を用いてスラブ型スターカプラ２５の入出力間の位相関係を説明する。図５において、３０‐Ｎ、・・・、３０‐Ｋ、・・・、３０‐１（ただし、Ｎは２以上の整数）は入力ポート、３１はスラブ導波路、３２‐１、・・・、３２‐Ｐ、・・・、３２‐Ｎは出力ポートである。中心Ｏ1から半径Ｌf上に出力側スラブ面が配置され、中心Ｏ2から半径Ｌf上に入力側スラブ面が配置されている。通常、スラブ型スターカプラでは、Ｏ1、Ｏ2を結ぶ線に対し線対称の位置に入出力ポートは配置される。入力ポート３０‐Ｋ及び入力側スラブ面の交点と、出力ポート３２‐Ｐ及び出力側スラブ面の交点との距離（入出力ポート間距離）をＤとする。中心Ｏ1、Ｏ2間の距離Ｌfに対してＤを通過するときの光波の相対位相Δφは以下の（式６）で表される。
【００４４】
【数８】
0005400004.tif 000009
【００４５】
ただし、ｎsはスラブ導波路の屈折率であり、λは光波の波長である。
【００４６】
ここで、入力ポート、出力ポート番号を、それぞれｎi、ｎoとする。中心Ｏ1、Ｏ2間に対する、ｎi、ｎo間の光波の相対位相差をφno-niとしたとき、
【００４７】
【数９】
0005400004.tif 000010
【００４８】
となるように、（式６）のパラメータ値Ｌf、ｎs、θ1、θ2を設定する。
【００４９】
図４を再び参照すると、入力導波路２０から入射する光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）は、光スプリッタ２１によって各導波路２２‐Ｎ、・・・、２２‐１に等しい強度で分配される。分配信号間の位相は等しい。Ｓ（ｇΔｔ）の信号を同一タイムスロットとして（式４）の演算を実現するために、遅延線２３‐Ｋの２３‐Ｎに対する相対遅延長ΔＬkを、
【００５０】
【数１０】
0005400004.tif 000011
【００５１】
と設定する。ただし、ｃは導波路中の光速である。また、位相オフセット付与部２４‐Ｋの２４‐１に対する相対位相シフト量ξkを、
【００５２】
【数１１】
0005400004.tif 000012
【００５３】
と設定する。ただし、１≦Ｑ≦Ｎ、である。位相オフセットは、導波路の長さの増減、熱光学効果、電気光学効果、紫外光トリミング、光弾性効果を用いるトリミングなどによる導波路屈折率の変化、などによって付与可能である。位相オフセット部を通り、スラブ型スターカプラ２５の入力ポートＫから出力ポートＰへ出射する光波の相対位相差
【００５４】
【数１２】
0005400004.tif 000013
【００５５】
は、（式７）、（式９）より、２πの整数倍の位相差を無視すると、以下の（式１０）で表される。
【００５６】
【数１３】
0005400004.tif 000014
【００５７】
従って、スラブ型スターカプラ２５の隣りあう入力ポートＫ＋１、Ｋから出力ポートＰへ出射する光波の相対位相
【００５８】
【数１４】
0005400004.tif 000015
【００５９】
は以下の（式１１）で表される。
【００６０】
【数１５】
0005400004.tif 000016
【００６１】
従って、全ての入力ポートから出力ポートＰへの光波の入射を考えると、図４の構成を用いることによって（式４）の関係が満たされ、直交周波数分割多重信号の各サブキャリア信号ｄnは出力導波路２６‐１、・・・、２６‐Ｎで分離出力される。出力ポートＱの信号はｄ0（最低周波数のサブキャリア信号）となる。また、出力ポートＰの信号は、１≦Ｐ＜Ｑの場合、ｄP+N-Q+1となり、Ｑ≦Ｐ≦Ｎの場合、ｄP-Qとなる。なお、Ｑ＝（Ｎ＋１）／２の場合（出力ポートＱを出力ポートの中央位置に配置する場合）、（式９）よりξk＝０となるため、位相オフセット付与部２４は不要となる。図４に示すような回路の構成においては、小型かつ入出力ポート数によるサイズの変動が少ない特徴を有するスラブ型スターカプラ２５を光離散フーリエ変換の主要素子として用いるため、素子全体を小型化でき、光直交周波数分割多重信号数が増加してもサイズの変動が少ない。今回、入出力ポート数が４、８、１０のスラブ型スターカプラの設計・作成を比屈折率差１．５％の石英導波路を用いて行ったが、３種類ともＬf＝１．５ｍｍで所望の特性が得られ、スラブ導波路自体の大きさには全く変化がなかった。また、図１１に示した従来構成の場合、チャネル数が８のときの素子サイズは３３×７０ｍｍ2であったが（非特許文献２を参照）、本発明に係る図４に示す素子では、チャネル数が１０に増大しても素子サイズは２１×４６ｍｍ2と半分以下に低減された（両者ともに比屈折率差１．５％の石英導波路を用いた場合）。なお、出力導波路２６の各々の特性を理想値に近づけるために、導波路２２の途中にマッハツェンダ型干渉計などの可変光アッテネータを配置し、スラブ型スターカプラ２５に入射する各光強度を調節しても良い。
【００６２】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る光直交周波数分割多重信号分離回路における光パルスの様子を示す図である。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃに、図４のＡ、Ｂ、Ｃで示した箇所における１タイムスロット分のみの光パルスの様子をそれぞれ示す。図６Ｃは、ｄ1分離用の出力導波路における光パルスの様子である。横軸は時間ｔを表し、縦軸の光振幅の値は任意目盛りである。図６においても、簡単のため、Ｎ＝４の場合について説明する。図６Ａで示すような入力光パルスである光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）は、光スプリッタ２１でＮ分岐される。Ｎ分岐された信号は、遅延線２３において、図６Ｂで示すように、ｃΔｔずつ異なる遅延を与えられる。図６Ｃで示すように、位相オフセット付与部２４、スラブ型スターカプラ２５において、光離散フーリエ変換に相当する位相が、各光パルスに与えられて、各サブキャリア信号ｄn（ｔ）が分離出力される。各サブキャリア信号の直交性は同一タイムスロット内のみで成立するので、図６Ｃでは、一点鎖線で囲まれた部分のみが有効な分離出力部分となり、データ信号のアイパターンもこの部分のみで開く。さらに一点鎖線で囲まれた部分を時間ゲート素子によって切り出せば、ジッタに強いサブキャリア信号を得ることができる。時間ゲート素子としては、電界吸収（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ：ＥＡ）効果を用いる半導体素子、強誘電体材料若しくは半導体材料の電気光学効果を用いた干渉計型スイッチ、半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＳＯＡ）、光信号の光電変換後の電気領域でのゲーティング、周期光パルスによる光ファイバ、強誘電体材料、又は半導体材料中における非線形光学効果などを用いることができるが、小型で導波路への集積化に適し、ゲート時間窓を短く設定することが可能な半導体ＥＡ素子が現状では最適であると考えられる。
【００６３】
図７に、図４の光スプリッタ２１の一例を示す。４０‐１、４０‐２、４０‐３はＹ分岐導波路である。図４の光スプリッタ２１は、２0、２1、・・・、２S個（ただし、Ｓはｌｏｇ2Ｎ−１以上で最小の整数）ずつ並列配置したＹ分岐導波路を順次縦続接続するものであり、図７では簡単のためＳ＝１、Ｎ＝４の場合の例を示している。Ｎが２のべき乗以外の場合、出力のうち２S+1−Ｎ個が無駄になるが、Ｙ分岐導波路は良好で安定な１：１の分岐比を実現できるため、光信号の等強度分配に適している。
【００６４】
図８に、図４の光スプリッタ２１の他の一例を示す。５０‐１、５０‐２、５０‐３は２入力２出力方向性結合器である。図４の光スプリッタ２１は、２0、２1、・・・、２S個（ただし、Ｓはｌｏｇ2Ｎ−１以上で最小の整数）ずつ並列配置した２入力２出力方向性結合器を順次縦続接続するものであり、図８では簡単のためＳ＝１、Ｎ＝４の場合の例を示している。２入力２出力方向性結合器５０−１の入力ポートの一方から光を入力する。Ｎが２のべき乗以外の場合、図７と同様、出力のうち２S+1−Ｎ個が無駄になる。２入力２出力方向性結合器の一部あるいは全部を２入力２出力対称マッハツェンダ型干渉計（２入力２出力結合率方向性結合器）に置き換えることができ、光信号の良好な等強度分配を実現することができる。
【００６５】
図４の光スプリッタ２１として、他に、Ｎ出力の多モード干渉型カプラ又はＮ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラを用いることもできる。
【００６６】
図９に、本発明の第２の実施形態に係る光直交周波数分割多重信号分離回路の構成例を示す。本実施形態では、第１の実施形態で使用した光スプリッタ２１の代わりにスラブ型スターカプラ６１を使用する。本実施形態に係る光直交周波数分割多重信号分離回路は、導波路基板６６上の、入力導波路（スラブ型スターカプラ６１の入力ポート）６０‐１、・・・６０‐Ｑ、・・・６０‐Ｎ、第２のスラブ型スターカプラ６１、導波路（スラブ型スターカプラ６１の出力ポート）６２‐Ｎ、・・・、６２‐Ｋ、・・・、６２‐１、遅延線６３‐Ｎ、・・・、６３‐Ｋ、・・・、６３‐１、第１のスラブ型スターカプラ６４、出力導波路（スラブ型スターカプラ６４の出力ポート）６５‐１、・・・、６５‐Ｐ、・・・、６５‐（Ｎ−Ｑ＋１）、・・・、６５‐Ｎから構成されている。
【００６７】
入力導波路６０から入射する光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）は、第２のスラブ型スターカプラ６１によって各導波路６２‐Ｎ、・・・、６２‐Ｋ、・・・、６２‐１に等しい強度で分配される。Ｓ（ｇΔｔ）の信号を同一タイムスロットとして（式４）の演算を実現するために、遅延線６３‐Ｎ、・・・、６３‐Ｋ、・・・、６３‐１の相対遅延長ΔＬkは（式８）と同じ値が付与される。第２のスラブ型スターカプラ６１の入力ポートＱから出力ポートＫへの位相差φ１K-Q、第１のスラブ型スターカプラ６４の入力ポートＫから出力ポートＰへの位相差φ２P-Qは、スラブ型スターカプラ６１、６４のパラメータ設定によって（式７）のように設定することができ、以下の（式１２）で表される。
【００６８】
【数１６】
0005400004.tif 000017
【００６９】
従って、第１のスラブ型スターカプラ６４の隣りあう入力ポートＫ＋１、Ｋから出力ポートＰへ出射する光波の相対位相Δφ２Pは（式１２）より以下の（式１３）で表される。
【００７０】
【数１７】
0005400004.tif 000018
【００７１】
従って、第１のスラブ型スターカプラ６４の全ての入力ポートから出力ポートＰへの光波の入射を考えると、図９の構成を用いることによって（式４）の関係が満たされ、直交周波数分割多重信号の各サブキャリア信号ｄnは出力導波路６５で分離出力される。出力ポートＮ−Ｑ＋１の信号はｄ0（最低周波数のサブキャリア信号）となる。また、出力ポートＰの信号は、１≦Ｐ＜Ｎ−Ｑ＋１の場合ｄP+Qとなり、Ｎ−Ｑ＋１≦Ｐ≦Ｎの場合にｄP-N+Q-1となる。なお、図９の構成の場合、図４の構成で必要であった位相オフセット付与部は不要である。もちろん、出力ポートと出力サブキャリア周波数との関係を調整するため位相オフセットを付与しても良い。
【００７２】
図９の構成では小型かつ入出力ポート数によるサイズの変動が少ない特徴を有するスラブ型スターカプラ６１、６４を光分岐および光離散フーリエ変換の両方の主要素子として用いるため、素子全体を小型化することができ、光直交周波数分割多重信号数が増加してもサイズの変動が少ない。この効果はスラブ型スターカプラの使用が１個のみである図４の構成より大きい。なお、出力導波路６５の各々の特性を理想値に近づけるために、導波路６２の途中に可変光アッテネータを配置し、第１のスラブ型スターカプラ６４に入射する各光強度を調節しても良い。
【００７３】
図４の構成と同様、図９の構成においても、出力導波路６５の後段に時間ゲート素子を配置しデータ信号の有効な分離出力部分のみを切り出す操作は、ジッタに強いサブキャリア信号を得ることができるので有効である。
【００７４】
図１０Ａに図４、図９の素子の１出力の強度透過率の周波数特性、図１０Ｂに図４、図９の素子の１出力の位相の周波数特性を示す（Ｎ＝４、Ｔ＝１００ｐｓ）。強度透過特性より、分離出力されるサブキャリア信号チャネル（相対周波数：０ＧＨｚ）では１０ＧＨｚ程度の帯域通過幅を持ち、そのチャネルから１０ＧＨｚの±１、±２、±３倍離れた不要チャネルでは、消光比が大きくなっている。また４０ＧＨｚ毎に繰り返すＦＳＲ（Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ）特性を有し、光直交周波数分割多重信号分離フィルタとしての特性を満たしていることがわかる。また、直線位相特性を有しているため位相の周波数微分特性で表される群遅延時間特性は０となり、光パルスの波形劣化は引き起こさない。
【００７５】
なお、サブキャリア数と出力導波路チャネル数は通常の用途を想定し両者ともＮで等しいと説明したが、必ずしも等しい必要はない。サブキャリア数が出力導波路チャネル数より大きい場合、隣接チャネルのクロストークが残り完全な分離はできないが、出力導波路チャネル数に等しい分のサブキャリアを分離することができる。中心周波数をずらした分離回路を複数用いれば、全サブキャリアの分離が可能となる。サブキャリア数が出力導波路チャネル数より小さい場合、（出力導波路チャネル数−サブキャリア数）に等しい分は常にデータが０のサブキャリアと考えることができるため、１つの分離回路によって、実際のサブキャリアを隣接チャネルのクロストーク無しに完全に分離することが可能となる。
【符号の説明】
【００７６】
１‐１、１‐２、・・・、１‐Ｊ  光送信器
２  波長合波器
３、１３  光ファイバ
４  波長分波器
５‐１、５‐２、・・・、５‐Ｊ、１５‐０、１５‐１、・・・、１５‐（Ｎ−１）  光受信器
１０‐０、１０‐１、・・・、１０‐（Ｎ−１）  光源
１１‐０、１１‐１、・・・、１１‐（Ｎ−１）  変調器
１２  光強度合流器
１４  光離散フーリエ変換素子
２０、６０‐１、・・・、６０‐Ｑ、・・・、６０‐Ｎ、７１、７５  入力導波路
２１  光スプリッタ
２２‐Ｎ、・・・、２２‐Ｋ、・・・、２２‐１、６２‐Ｎ、・・・、６２‐Ｋ、・・・、６２‐１  導波路
２３‐Ｎ、・・・、２３‐Ｋ、・・・、２３‐１、６３‐Ｎ、・・・、６３‐Ｋ、・・・、６３‐１  遅延線
２４‐Ｎ、・・・、２４‐Ｋ、・・・、２４‐１  位相オフセット付与部
２５、６１、６４  スラブ型スターカプラ
２６‐１、・・・、２６‐Ｐ、・・・、２６‐Ｑ、・・・、２６‐Ｎ、６５‐１、・・・、６５‐Ｐ、・・・、６５‐（Ｎ−Ｑ＋１）、・・・、６５‐Ｎ、７４、７７、７９  出力導波路
２７、６６  導波路基板
３０‐Ｎ、・・・、３０‐Ｋ、・・・、３０‐１  入力ポート
３１  スラブ導波路
３２‐１、・・・、３２‐Ｐ、・・・、３２‐Ｎ  出力ポート
４０‐１、４０‐２、４０‐３  Ｙ分岐導波路
５０‐１、５０‐２、５０‐３  ２入力２出力方向性結合器
７２、７８  対称マッハツェンダ型干渉計
７３  位相調節部
７６  Ｕ入力Ｕ出力光高速フーリエ変換回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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